Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme, Standort Stuttgart

Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme, Standort Stuttgart

Die Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart (vormals Max-Planck-Institut für Metallforschung) widmen sich der Materialwissenschaft. Sie interessiert unter anderem, wie Funktionen von Materialien auf der atomaren, nanoskopischen und mikroskopischen Längenskala ihr makroskopisches Verhalten bestimmen. Einen Schwerpunkt setzen sie dabei auf die Nanowissenschaft – sie erforschen etwa magnetische Materialien oder Flüssigkeiten im Nanomaßstab. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf dem Grenzgebiet zwischen der Nanotechnik und der Biologie, etwa dem Verhalten von Zellen auf verschiedenen Oberflächen. Viele der untersuchten Phänomene treten bei der Umwandlung von einem Zustand eines Materials in einen anderen oder an der Grenze zweier Materialien auf. Zu verstehen, was an solchen Grenzen geschieht, könnte helfen, Werkstoffe stabiler zu machen und ihnen gezielte Eigenschaften zu geben.

Kontakt

Heisenbergstr. 3
70569 Stuttgart
Telefon: +49 711 689-0
Fax: +49 711 689-1010

Promotionsmöglichkeiten

Dieses Institut hat eine International Max Planck Research School (IMPRS):
IMPRS for Intelligent Systems

Darüber hinaus gibt es die Möglichkeit zur individuellen Promotion bei den Direktoren und Forschungsgruppenleitern.

Abteilung Theorie inhomogener kondensierter Materie mehr
Abteilung Moderne magnetische Systeme mehr
Abteilung Physische Intelligenz mehr
Abteilung Phasenumwandlungen, Thermodynamik und Kinetik mehr
Vielzweckgreifer haftet wie ein Gecko
Eine elastische Membran mit winzigen Noppen gepaart mit Unterdruck verleiht einem neuen Greifsystem hohe Haftkraft auch an gekrümmten Oberflächen mehr
Ein Filter für schweren Wasserstoff
Mit einer funktionalisierten Metall-organischen Gerüstverbindung (MOF) lassen sich Deuterium und Tritium relativ einfach von normalem Wasserstoff trennen mehr
Zaubertinte aus der Nanowelt
Farben plasmonischer Drucke lassen sich durch eine chemische Reaktion verändern mehr
Nanoroboter: Schub für winzige Boote
Miniaturisierte Roboter lassen sich durch eine enzymatische Reaktion oder Ultraschall durch biologische Flüssigkeiten bewegen mehr
Startschuss für das Cyber Valley

Startschuss für das Cyber Valley

Meldung 15. Dezember 2016
Wissenschaft und Wirtschaft schließen eine der größten Forschungskooperationen Europas im Bereich der künstlichen Intelligenz mehr
<p class="PM2Headline">Leibniz-Preis für drei Max-Planck-Wissenschaftler</p>

Ralph Hertwig, Frank Jülicher und Joachim P. Spatz erhalten die höchste wissenschaftliche Auszeichnung Deutschlands

mehr
Tarnkappe aus Nanostrukturen
Wissenschaftler bearbeiten Oberflächen so, dass sie kaum noch Licht reflektieren und damit unsichtbar sind mehr
Zielsichere Roboter im Mikromaßstab
Dank einer halbseitigen Beschichtung mit Kohlenstoff lassen sich Mikroschwimmer durch Licht antreiben und steuern mehr
Ein magnetischer Antrieb für Mikroroboter
Weiche Materialien, die sich mit Magnetfeldern verformen lassen, könnten als Motoren für winzige Schwimmkörper dienen mehr
Hologramme mit Schall
Eine neue Möglichkeit, die Schallwellen dreidimensional zu modellieren, könnte Anwendungen in Technik und Medizin finden mehr
Kleben auf Knopfdruck

Kleben auf Knopfdruck

Meldung 18. Mai 2016
Das chemische Element Gallium könnte zu einem neuen Haftmittel werden, bei dem sich die Klebewirkung einfach an- und abschalten lässt mehr
Sanfte Kraft für Roboter

Sanfte Kraft für Roboter

Meldung 26. April 2016
Ein weicher Aktuator aus elektrisch steuerbaren Membranen weist einen Weg hin zu Maschinen, die für Menschen ungefährlich sind mehr
<p>Mikroschwimmer lernt vom Wimperntierchen</p>

Mikroschwimmer lernt vom Wimperntierchen

Meldung 19. Februar 2016
Ein aus Flüssigkristall-Elastomeren geformter Schwimmkörper wird durch eine lichtinduzierte peristaltische Bewegung angetrieben mehr
Nanoscharnier – mit Licht geschmiert

Nanoscharnier – mit Licht geschmiert

Meldung 17. Februar 2016
Ein nanoplasmonisches System aus DNA-Bündeln lässt sich optisch öffnen und schließen mehr
Diagnostik mit der Magenpille
Für eine Magenspiegelung müssen Patienten heute meist noch den Schlauch eines Endoskops schlucken. Denn Kapseln mit Kameras, die dafür auch geeignet sind, lassen sich bislang nicht steuern. Das wollen Wissenschaftler um Metin Sitti, Direktor am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart, ändern. mehr
Per Mikroschwimmer zur Magenwand

Per Mikroschwimmer zur Magenwand

Meldung 11. Dezember 2015
Ein mit Enzymen beschichteter Mikropropeller verflüssigt lokal die Magenschleimhaut, um sie zu durchdringen mehr
Nanotechnologie: Nanoläufer im Laserblick

Nanotechnologie: Nanoläufer im Laserblick

Meldung 21. September 2015
Ein winziger Stab aus Gold wandert über eine mit DNA präparierte Oberfläche und lässt sich dabei Schritt für Schritt verfolgen mehr
Der Zauber der Wundheilung

Der Zauber der Wundheilung

Meldung 2. März 2015
Das Protein Merlin steuert die kollektive Zellbewegung und bewirkt so, dass Wunden gut und schnell verheilen mehr
Kleinste Vehikel für die Medizin

Kleinste Vehikel für die Medizin

Meldung 4. November 2014
Mikro- und Nanoschwimmer lassen sich durch Medien steuern, die Körperflüssigkeiten ähneln mehr
Das Pantoffeltierchen will nach oben

Das Pantoffeltierchen will nach oben

Meldung 19. September 2014
Dank ihrer asymmetrischen Form schwimmen manche Mikroorganismen von selbst zur Wasseroberfläche mehr
DNA als Lichtschalter

DNA als Lichtschalter

Meldung 10. Juli 2014
Eine Nanostruktur aus zwei Goldstäbchen verändert bei Zugabe definierter DNA-Moleküle reversibel ihre optischen Eigenschaften mehr

Ansporn für den Nachwuchs

Meldung 17. Februar 2014
Drei Max-Planck-Wissenschaftler sind unter den Heinz-Maier-Leibnitz-Preisträgern mehr
Die Geometrie der Krebszelle

Die Geometrie der Krebszelle

Meldung 11. November 2013
Bösartige und gesunde Zellen weisen charakteristische fraktale Muster auf, anhand derer sie sich unterscheiden lassen mehr

Der Mahlgrad macht‘s

Meldung 16. Juli 2013
In Nanomaterialien ändert sich die Struktur der einzelnen Kristalle mit der Korngröße mehr
Nanobauteile nach Maß

Nanobauteile nach Maß

Meldung 27. Juni 2013
Nanostrukturen lassen sich mit einer präzisen und effizienten Methode in vielfältigen Formen und Materialkombinationen herstellen mehr
Keramik zum Falten

Keramik zum Falten

Meldung 14. März 2013
Eine raffinierte Nanostruktur macht ein hauchdünnes Papier aus elektrisch leitenden Vanadiumoxidfasern bruchfest und biegsam mehr
Deuterium aus dem Quantensieb

Deuterium aus dem Quantensieb

Meldung 27. November 2012
Eine metallorganische Gerüstverbindung trennt Wasserstoff-Isotope effizienter als bisherige Methoden mehr
Quantenstress in Nanoschichten

Quantenstress in Nanoschichten

Meldung 5. September 2012
In einem Aluminiumfilm aus wenigen Atomlagen erzeugen eingesperrte Elektronen mechanische Spannungen von bis zum 1000fachen des Atmosphärendrucks mehr
Muster der Zellbewegung

Muster der Zellbewegung

Meldung 2. März 2012
Eine Methode, Zellen in feinen, einfach zu erzeugenden Strukturen wachsen zu lassen, liefert neue Erkenntnisse zur Zellmigration mehr
An der Grenze der Reibung

An der Grenze der Reibung

Meldung 19. Dezember 2011
Genaue Einblicke, wie zwei mikroskopische Flächen übereinander gleiten, könnten helfen, reibungsarme Oberflächen herzustellen mehr
Die kleinste Dampfmaschine der Welt

Die kleinste Dampfmaschine der Welt

Meldung 11. Dezember 2011
Eine nur wenige Mikrometer große Wärmekraftmaschine funktioniert so gut wie ihr großes Gegenstück, obwohl sie stottert mehr
Die Schleichwege der Malariaerreger

Die Schleichwege der Malariaerreger

Meldung 28. Oktober 2011
Erkenntnisse, wie sich die Parasiten durch das Bindegewebe in die Blutbahn des Menschen bewegen, könnten Ansatzpunkte für eine Therapie liefern mehr
Neue Biomaterialien für Knochen- und Knorpelersatz
Biomimetische Gerüststrukturen, auf denen sich Stammzellen zu Knochen- oder Knorpelgewebe entwickeln, ermöglichen Implantate ohne Nebenwirkungen mehr
Intelligente Systeme für die Welt von morgen
Max-Planck-Forschungspreis 2011 mehr
Nanospeicher bringen Computer groß raus
Computer dienen heute als Musikbox, Filmarchiv und Fotoalbum. Sie müssen daher immer größere Datenmengen schnell zugänglich machen. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für intelligente Systeme in Stuttgart und des Hallenser Max-Planck-Instituts für Mikrostrukturphysik bereiten den Weg für magnetische Speichermaterialien, die das ermöglichen, und nutzen dabei geschickt die ganz eigenen Gesetze der Nanowelt aus. mehr
Ein schneller Schalter für Magnetnadeln<br />
Magnetische Vortex-Kerne, die sich als besonders stabile Speicherpunkte für Datenbits eignen, lassen sich nun deutlich schneller schalten mehr
Die 'coolsten'  Halbleiter-Nanodrähte
Eine neue Methode ermöglicht die kostengünstige Herstellung von Silizium-Nanodrähten mehr
Roboter erlernen menschliche Wahrnehmung

Roboter erlernen menschliche Wahrnehmung

Meldung 15. Februar 2011
Michael J. Black bringt Computern bei, Daten über Ihre Umwelt so schnell und zuverlässig zu analysieren wie das menschliche Gehirn. mehr
Neuer Forschungsschwerpunkt "Intelligente Systeme"
Max-Planck-Gesellschaft etabliert hoch innovativen Forschungsbereich in Baden-Württemberg mehr
Der Seife auf den Leim gegangen

Der Seife auf den Leim gegangen

Meldung 19. Februar 2010
Seifen und andere Detergenzien wirken zumindest in Nano-Emulsionen offenbar anders als bislang angenommen mehr
Perlmutt setzt Maßstäbe

Perlmutt setzt Maßstäbe

Meldung 14. Dezember 2009
Material wird bruchfest, wenn es elastische und harte Nanoschichten im gleichen Verhältnis wie Perlmutt enthält mehr
Tiefgang an Oberfl&auml;chen<br />

Tiefgang an Oberflächen

Meldung 7. Dezember 2009
Sylvie Roke vom Max-Planck-Institut für Metallforschung hat ein optisches Verfahren entwickelt, um die Oberflächen von Zellen und Emulsionströpfchen zu untersuchen. Dabei nutzt sie Lichtstreueffekte, um Erkenntnisse über Größe und Form der Partikel zu gewinnen. mehr
An den Wurzeln fataler Haare

An den Wurzeln fataler Haare

Meldung 15. September 2009
Zinnhaare schließen elektronische Bauteile kurz - ein Forscherteam klärt auf, warum sie wachsen mehr
Mehr als nur auf den Leim gegangen

Mehr als nur auf den Leim gegangen

Meldung 14. September 2009
Pflanze fängt Insekten mit raffinierter Klebefalle mehr
Nanomaterialien aus der biologischen Fabrik
Die Natur ist ein Labor für besonders intelligente Materialien. Daher verfolgt Joachim Spatz, Direktor am Max-Planck-Institut für Metallforschung, das Ziel, lebende Zellen oder ihre molekularen Komponenten für die Produktion neuartiger Materialien einzusetzen. mehr
Wenn die Wand nichts mehr verbergen kann
Laserstrahlen lassen Forscher verborgene Strukturen in Medikamenten erkennen mehr
Katalyse auf der Nanometerskala

Katalyse auf der Nanometerskala

Meldung 10. Oktober 2008
Wie verändern sich Rhodium-Nanopartikel unter Sauerstoffeinfluss? Die Ergebnisse könnten Katalysatoren verbessern mehr
Entspiegelt wie ein Mottenauge

Entspiegelt wie ein Mottenauge

Meldung 9. September 2008
Eine Beschichtung für optische Materialien imitiert die Oberflächenstruktur von Mottenaugen mehr
Einen Lebenskünstler hält nichts

Einen Lebenskünstler hält nichts

Meldung 8. August 2008
Weichwanzen können auf einer klebrigen Insektenfalle leben - eine Anti-Haft-Schicht macht es möglich mehr
Mit "fließenden" Füßen der Schwerkraft trotzen
Forscher beobachten Insektenfüße im Röntgenmikroskop und entdecken Erstaunliches mehr
Ordnungshilfe für Silizium

Ordnungshilfe für Silizium

Meldung 9. April 2008
Stuttgarter Materialwissenschafter beherrschen die Kristallisationstemperatur von Silizium mehr
Kleine Luftblasen mit großer Wirkung

Kleine Luftblasen mit großer Wirkung

Meldung 11. März 2008
Wissenschaftler schlagen einen neuen Mechanismus zur Regulation des Ionenstroms durch Membrankanäle vor mehr
Kräfte aus dem Nichts

Kräfte aus dem Nichts

Meldung 9. Januar 2008
Stuttgarter Physiker beobachten die kritische Casimir-Kraft und hebeln mit ihr einen Effekt aus, der Nanomaschinen lähmt mehr

Auf der Suche nach dem verlorenen Klang

Meldung 19. Oktober 2007
Moderne Materialwissenschaft lüftet ein Geheimnis barocker Orgelbaukunst mehr
Deutscher erhält den Physik-Nobelpreis
Der Jülicher Wissenschaftler Peter Grünberg und der Franzose Albert Fert teilen sich den Physik-Nobelpreis 2007 mehr
Wasserfester Halt

Wasserfester Halt

Meldung 19. September 2007
Max-Planck-Forscher lassen sich von Käferfüßen zu einer Folie inspirieren, die unter Wasser an Glasplatten haftet mehr
Nach dem Muster von Muscheln

Nach dem Muster von Muscheln

Meldung 30. April 2007
Max-Planck-Forscher ahmen Herstellungsverfahren und Struktur des Perlmutt in einem titanhaltigen Verbundmaterial nach mehr
Unnahbares Wasser

Unnahbares Wasser

Meldung 7. Dezember 2006
Max-Planck-Forscher aus Stuttgart vermessen den Abstand zwischen Wassermolekülen und wasserabweisenden Oberflächen mehr
Magnetnadeln schlagen Saltos

Magnetnadeln schlagen Saltos

Meldung 22. November 2006
Stuttgarter Max-Planck-Forscher entdecken neue Möglichkeiten für Magnetspeicher mehr
Was der Käferfuß verspricht, das hält er
Forscher des Stuttgarter Max-Planck-Instituts für Metallforschung entwickeln zusammen mit der Gottlieb Binder GmbH in Holzgerlingen neuartiges Haftmaterial nach dem Vorbild von Insektenfußsohlen mehr
Seidendrüsen lassen Spinnenbeine besser haften
Stuttgarter Max-Planck-Forscher entdecken seidenähnliche Ausscheidung an den Füßen von Vogelspinnen mehr
Haarige Kugeln kleben besser

Haarige Kugeln kleben besser

Meldung 8. September 2006
Mit einer neuen Messtechnik beobachten Max-Planck-Wissenschaftler, wie die Oberfläche von Kolloiden mitwirkt, wenn sich solche Partikel zu einem zähflüssigen Gel zusammenlagern mehr
Kontrollierte Korrosion

Kontrollierte Korrosion

Meldung 8. Februar 2006
Europäisches Forscherteam beobachtet erstmals Korrosionsprozess auf atomarer Ebene / Neue Technologie zur Nanostrukturierung mehr
Antihaft-Beschichtung lässt Insekten keine Chance
Stuttgarter Wissenschaftler zeigen, wie fleischfressende Pflanzen mit raffiniertem Materialdesign erfolgreich Fallen stellen mehr
Schnappschüsse an der atomaren Grenze

Schnappschüsse an der atomaren Grenze

Meldung 28. November 2005
Stuttgarter Max-Planck-Forscher beobachten erstmals Wechselwirkungen der Atome an der Grenzfläche zwischen einem flüssigem Metall und einem Kristall mehr
Neutronen als Spione in der Nanowelt

Neutronen als Spione in der Nanowelt

Meldung 24. November 2005
Max-Planck-Gesellschaft und TU München starten weltweit einmaliges Neutronenspektrometer an der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz in Garching mehr
Haarige Füße kleben besser an einer feuchten Decke
Forscher des Max-Planck-Instituts für Metallforschung zeigen, dass Feuchtigkeit die Haftkraft der Nanohärchen an einem Gecko-Fuß verstärkt mehr

Kleben ohne Klebstoff

Meldung 22. Juni 2005
Vier Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Metallforschung erhalten Wissenschaftspreis des Stifterverbandes mehr
Wie funktioniert das &quot;Sesam öffne Dich&quot; für Viren?
Max-Planck-Materialwissenschaftler haben bestimmt, mit welcher Größe Viren oder Nanopartikel optimal in lebende Zellen eindringen können mehr
Nano-Kontakte optimieren Haftung

Nano-Kontakte optimieren Haftung

Meldung 25. Mai 2004
Optimale Haftung von Geckos und Insekten beruht auf Formoptimierung und Größenreduzierung der Haftkontakte, berichten Stuttgarter Max-Planck-Forscher mehr
Hochdichtes Wasser entdeckt

Hochdichtes Wasser entdeckt

Meldung 21. April 2004
Ultradünne Wasserschichten zeigen an der Grenzfläche zu Eis unerwartete Eigenschaften, die von großer Bedeutung für Natur und Technik sind mehr
Synchrotronstrahlung enthüllt &quot;Strickmuster&quot; ultradünner Schichten
Max-Planck-Materialwissenschaftler haben erstmals die atomare Struktur ultradünner Aluminiumoxydschichten entschlüsselt / Große Relevanz für neue Technologien mehr
Risse durchbrechen die Schallmauer

Risse durchbrechen die Schallmauer

Meldung 12. November 2003
Stuttgarter Materialwissenschaftler haben entdeckt, unter welchen Bedingungen sich Risse mit Überschallgeschwindigkeit in spröden Werkstoffen ausbreiten mehr
Atomare Korngrenze im Mikroskop gesichtet
Stuttgarter Max-Planck-Forschern gelingt Abbildung von Korngrenzen in Keramiken mit atomarer Auflösung mehr
Nanosohlen halten Schwergewichte an der Decke
Max-Planck-Forscher entdecken grundlegenden Mechanismus, der es Tieren erlaubt, sich mit winzigen Hafthärchen an den Füßen auch kopfüber zu bewegen mehr
Was macht Knochen und Zähne so hart?
Max-Planck-Wissenschaftler weisen nach, dass extreme Festigkeit von Biomaterialien auf einer bisher unbekannten Fehlertoleranz-Schwelle im Nanometer-Bereich beruht mehr

So manche medizinische Behandlung wäre effizienter, wenn Medikamente mit einem winzigen Roboter direkt zum Krankheitsherd transportiert werden könnten. Peer Fischer und seine Mitarbeiter am Stuttgarter Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme entwickeln Mikro- und Nanoschwimmer, die dies eines Tages ermöglichen sollen.

Für eine Magenspiegelung müssen Patienten heute meist noch den Schlauch eines Endoskops schlucken. Denn Kapseln mit Kameras, die dafür auch geeignet sind, lassen sich bislang nicht steuern. Das wollen Wissenschaftler um Metin Sitti, Direktor am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart, ändern. Und ihre kleinen, kapselförmigen Roboter schießen nicht nur Bilder des Mageninneren.
Forscher testen neue Speicherlösungen für Wasserstofffahrzeuge.
Zur Person: Sylvie Roke

Das Raumwunder im Tank

MPF 2 /2009 Material & Technik
Forscher testen neue Speicherlösungen für Wasserstofffahrzeuge.
Postdoktorand/-in
Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme, Standort Stuttgart, Stuttgart 25. September 2017
Masterabsolvent/-in oder Diplomingenieur/-in
Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme, Standort Stuttgart, Stuttgart 25. September 2017
Doktorand/-in
Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme, Standort Stuttgart, Stuttgart 21. Dezember 2016

Biomechanik und Bewegungskontrolle der Lokomotion in Tieren und Robotern

2017 Spröwitz, Alexander (korrespondierender Autor); Heim, Steve
Materialwissenschaften

Tiere laufen dynamisch und effizient, elegant und adaptiv. Ihre Fortbewegung kann als ein sorgfältig orchestriertes Zusammenspiel des Bewegungsapparates verstanden werden, der mit seiner Umgebung interagiert. Die Forschungsgruppe "Dynamische Lokomotion" am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart verfolgt das Ziel, mit neuen Methoden und Werkzeugen der Laufrobotik die Lokomotion von Tieren zu verstehen.

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Grenzflächenkontrollierte Phänomene in Nanomaterialien

2016 Mittemeijer, Eric J.; Wang, Zumin
Materialwissenschaften

Materialien im Nanometerbereich haben eine außergewöhnlich große interne Grenzflächendichte. Eine Reihe von zuvor unbekannten Phänomenen in Nanomaterialien wurde enthüllt, die grundsätzlich auf die vorhandenen Grenzflächen zurückzuführen sind. So wurden ungewöhnlich große und kleine Gitterparameter in nanokristallinen Metallen, Quanten-Spannungsoszillationen in wachsenden Nanoschichten und außerordentlich hohe Mobilitäten von Atomen bei sehr tiefen Temperaturen beobachtet und erklärt. Das dabei gewonnene Verständnis kann zu neuen Anwendungen von Nanomaterialien in Spitzentechnologien führen.

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Der kleinste von Menschen geschaffene Nano-Motor

2015 Sánchez, Samuel
Chemie Materialwissenschaften

Winzig kleine Motoren, die sich selbst antreiben, durchs Abwasser sausen und dieses so ganz nebenbei auch noch reinigen oder kleine Roboter, die mühelos durch das Blut schwimmen und so vielleicht eines Tages Medikamente ganz gezielt an eine bestimmte Körperstelle transportieren – was klingt wie die Vision aus einem Science Fiction Film, das lässt Samuel Sánchez in seinem Labor am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart bereits Wirklichkeit werden. Selbst angetriebene Mikro-Nanoroboter und integrierte Sensoren in Mikro-Chips: Das ist das Thema von Sánchez` Forschungsgruppe.

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Lebende Organismen haben eine sehr wirksame Methode, überflüssige oder potenziell gefährliche Zellen zu zerstören: den programmierten Zelltod. Wissenschaftler um Ana García-Sáez interessieren sich für die der Apoptose zugrunde liegenden Prozesse, insbesondere für ein Protein namens Bax, welches Poren in der äußeren Mitochondrienmembran öffnet und damit den programmierten Zelltod unabwendbar einleitet. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen bei der Entwicklung neuer Medikamente für die Bekämpfung von Krebs helfen, da Krebszellen meistens für diese Art des Zelltods desensibilisiert sind. mehr

Klein aber schlau

2013 Liu, Na
Chemie Festkörperforschung Materialwissenschaften

Metallische Nanostrukturen zeigen plasmonische Resonanzen, die mit einer räumlich extrem kleinen Lichtmode auf der Subwellenlängenskala einhergehen. Im Fall einer einzigen Metallnanostruktur kann das Lichtfeld auf nur wenige Hundert nm³ konzentriert sein. Wir nutzen diesen plasmonischen Fokussiereffekt, um Wasserstoff auf der Einzelpartikel-Skala zu detektieren. Im Gegensatz zu Plasmonensensoren, die Ensembles von Nanopartikeln nutzen, verhindert dies inhomogene Verbreiterung und statistische Effekte. In Zukunft lassen sich so ultimativ katalytische Einzelprozesse in Nanoreaktoren beobachten.

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In wissenschaftlichen und populärwissenschaftlichen Artikeln wird oft spekuliert, ob ferngesteuerte Mikroroboter (Microbots) durch den menschlichen Körper geschickt werden können. Dies würde die (Mikro-)Medizin revolutionieren. Wir bringen Milliarden von mikrometergroßen, chiral-kolloidalen Schraubenpropellern auf einem Wafer auf. Dann magnetisieren wir sie und lassen sie mit Hilfe von computergesteuerten Magnetfeldern durch Lösungen fahren. Ähnlich künstlichen Flagellen, sind sie bis jetzt die einzigen Microbots, die in Flüssigkeiten mit Mikrometerpräzision gesteuert werden können. mehr
Metalle können helfen Halbleiter bei niedrigen Temperaturen von der ungeordneten (amorphen) in eine geordnete (kristalline) Form umzuwandeln. Auf Basis der Grenzflächenthermodynamik wurde ein grundlegendes und quantitatives Modellverständnis der zugrundeliegenden Mechanismen dieser sogenannten metallinduzierten Kristallisation (MIK) entwickelt. Diese neuen Erkenntnisse können dazu beitragen, Solarzellen aus kristallinem Si bei sehr niedrigen Temperaturen (< 200 ºC) auf billigen, leichten und flexiblen Materialien wie Glas, Kunststoff oder gar Papier herzustellen. mehr
Viele lebende Zellen statten sich mit einer zuckerhaltigen Hülle aus, die eine Schlüsselrolle beim Schutz der Zelle und bei der Strukturierung und Kommunikation mit ihrer Umgebung spielt. Eine herausragende Eigenschaft dieser perizellularen Hüllen ist ihre dynamische Selbstorganisation in stark hydratisierte, gelartige Netzwerke. Maßgeschneiderte Modellsysteme, die aus den molekularen Bausteinen der perizellularen Hüllen aufgebaut werden, können verstehen helfen, wie die Zellhüllen funktionieren. mehr

Kritische Casimirkraft

2010 Bechinger, Clemens; Dietrich, Siegfried
Materialwissenschaften
Werden Flüssigkeitsmischungen nahe ihres kritischen Punktes lateral eingeschränkt, führt dies zu kritischen Casimirkräften auf deren Berandungen. Hervorgerufen werden solche Kräfte durch lokale Konzentrationsschwankungen, deren Ausdehnungen in der Nähe des kritischen Punktes divergieren und somit zu einer langreichweitigen Wechselwirkung führen. Kritische Casimirkräfte reagieren einerseits äußerst empfindlich auf kleinste Temperaturänderungen, andererseits lässt sich sogar das Vorzeichen dieser Wechselwirkung durch Veränderungen in den Oberflächeneigenschaften der Berandungen variieren. mehr

Proteinmechanik - von Kraftsensoren zu strapazierfähigen

2010 Gräter, Frauke
Materialwissenschaften
Lebende Organismen reagieren auf mechanische Kraft mithilfe ausgeklügelter Mechanismen, Proteine spielen hierbei die Hauptrolle. Was sind die Prinzipien, die es Proteinen und biologischen Materialien erlauben, auf mechanische Kräfte zu reagieren? Die Natur entwickelte Lösungen für verschiedenste Bedingungen, wie solche in angespannten Muskelfasern, im Blutstrom oder in Seidenfasern unter Spannung. Neue, auf hoch-performanten Simulationstechniken basierende Ansätze helfen, Kraft tragende Strukturelemente in komplexen biologischen Materialien zu identifizieren und gezielt zu modifizieren. mehr

Nanostrukturierte Oberflächen für biomedizinische Anwendungen

2009 Martin, Raquel
Materialwissenschaften
Die Nachwuchsgruppe von Dr. Raquel Martin entwickelt mithilfe einer bestimmten Nanotechnologie neue medizinische Tests / Instrumente und wird ein Start-up-Unternehmen gründen. Die ersten drei Produkte in der Entwicklung sind ein nicht-invasiver pränataler Test, ein nicht-invasiver Test zum Monitoring von Krebs sowie eine Beschichtung für synthetische Gefäßtransplantate. Die Forschungsaktivitäten der Nachwuchsgruppe werden vom GO-Bio-Programm des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. mehr

Raumtemperatur-Ferromagnetismus von Zinkoxid: Ein Korngrenzenphänomen?

2009 Goering, Eberhard; Baretzky, Brigitte; Straumal, Boris; Tietze, Thomas; Schütz, Gisela
Festkörperforschung Materialwissenschaften
Mit Kobalt dotiertes Zinkoxid zeigt bei Raumtemperatur ferromagnetische Eigenschaften, die jedoch – wie unsere magnetischen Röntgenzirkulardichroismus-Messungen zeigen – durch kein Element der Probe (Co, Zn und O) hervorgerufen werden. Die Auswertung von Literaturdaten und eigene Messungen ergaben, dass Ferromagnetismus nur in nanokristallinem ZnO auftritt und vermutlich durch Sauerstoff-Fehlstellen, die in dem dichten Netz der Korngrenzen lokalisiert sind, induziert wird. Damit eröffnen sich vielversprechende Perspektiven für neue technologische Anwendungen. mehr
Grenzflächen spielen bei vielen physikalischen, chemischen und biologischen Prozessen eine enorme Rolle. In der Realität sind die meisten Grenzflächen Teil eines komplizierten Systems kondensierter Materie, wie beispielsweise Zellmembranen oder Emulsionen. Zunehmend werden heute unter Umgebungsbedingungen die strukturellen und dynamischen Eigenschaften an flachen Grenzflächen mithilfe nichtlinear-optischer Messtechniken untersucht. Kombiniert mit Lichtstreuung, lassen sich sogar die Grenzflächen dispergierter Partikel in situ untersuchen. mehr

Bioinspirierte Synthese und Eigenschaften von künstlichem Perlmutt

2008 Burghard, Zaklina; Santomauro, Giulia; Rothenstein, Dirk; Bill, Joachim; Aldinger, Fritz
Chemie Materialwissenschaften
Durch eine bioinspirierte Syntheseroute wurden perlmuttartige Filme hergestellt. Die nasschemische Erzeugung der anorganischen Schichten wurde dabei mit der Abscheidung von Polyelektrolyten zum Aufbau der organischen Schichten kombiniert. Analysen mittels Nanoindentation zeigten eine Zunahme der Härte, die durch die Architektur der Nanoschichten des Verbundmaterials begründet ist. Zur bioinspirierten Erzeugung von neuen keramischen Materialien sollen zukünftig lebende Organismen eingesetzt werden. mehr
Nanoteilchen sind die unabdingbare Voraussetzung für die Realisierung von superstarken Dauermagneten und Datenspeichern ultrahöchster Speicherdichte und damit für den Bau der neuerdings interessant gewordenen Hybridmotoren und die Entwicklung von kleinen leistungsstarken Computern. mehr

Nanofluidik

2007 Rauscher, Markus; Dietrich, Siegfried
Chemie
Selbst erstaunlich kleine Mengen von Flüssigkeiten lassen sich durch hydrodynamische Gleichungen beschreiben. Dies funktioniert jedoch nicht mehr, wenn die Flüssigkeitsmengen so klein werden, dass langreichweitige intermolekulare Wechselwirkungen, thermische Fluktuationen oder die Größe der Moleküle relevant werden. Ist dies der Fall spricht man von Nanofluidik, einem Forschungsgebiet mit vielversprechenden Anwendungsperspektiven, in dem die statistische Physik eine herausragende Rolle spielt. mehr

Kinetik der Festkörper-Phasenumwandlung

2006 Mittemeijer, Eric Jan; Sommer, Ferdinand
Festkörperforschung Materialwissenschaften
Es wurde ein modularer Ansatz für eine quantitative numerische und analytische Beschreibung von Festkörperphasenumwandlungen, die durch drei sich überlagernde Mechanismen (Keimbildung, Wachstum, Zusammenstoßen) bestimmt werden, entwickelt und erfolgreich angewendet. Zwei Formen der Umwandlungskinetik, normal und abnormal, wurden von uns erstmals für Eisen und Eisenbasis-Legierungen gefunden. Auf der Basis einer neu entwickelten atomaren Monte-Carlo-Methode kann die massive Umwandlung simuliert werden. Die messbare Gesamt-Aktivierungsenergie dieser Umwandlung wird durch eine Serie nacheinander erfolgender atomarer Sprünge von einer Gruppe von Atomen an der Grenzfläche bestimmt. mehr

Neutronenforschung an niederdimensionalen Materialien

2006 Rühm, Adrian; Major, János; Dosch, Helmut
Materialwissenschaften
Im Rahmen der institutsübergreifenden Initiative Material- und Festkörperforschung mit Neutronen der Max-Planck-Gesellschaft betreibt das Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart an der neuen Forschungsneutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) in Garching bei München ein neuartiges Neutronen-Röntgen-Kontrast-Reflektometer, N-REX+. Dieses Instrument bietet weltweit einzigartige Forschungsmöglichkeiten für die Untersuchung von Oberflächen, vergrabenen Grenzflächen, dünnen Filmen und komplexen Vielfach-Schichtsystemen auf der Nanoskala. Insbesondere zählen hierzu die -Kombination von Röntgen- und Neutronen-Reflektometrie sowie die neuartige SERGIS-Technik (spin-echo resolved grazing incidence scattering). Erste Experimente zur Charakterisierung von Entnetzungsmorphologien an Polymerfilmen werden in der kommenden Jahren systematisch fortgeführt. Ab Ende 2006 soll das Instrument N-REX+ auch externen Nutzergruppen zur Verfügung stehen. mehr

Leben auf der Nanometerskala

2005 Spatz, Joachim P.; Arnold, Marco; Blümmel, Jacques; Cavalcanti-Adam, Ada; Glass, Roman; Ulmer, Jens
Materialwissenschaften
Die Bildung molekularer Cluster spielt in einer Vielzahl hierarchisch organisierter Prozesse eine entscheidende Rolle. Insbesondere in der Biologie werden zelluläre Funktionen durch das Zusammenführen einzelner Proteine zu Clustern definierter Proteinanzahl reguliert. Proteine verändern hierbei deren molekulare Konformation – und damit deren Funktion – durch Wechselwirkung mit anderen Proteinen in räumlicher Nähe. Die Regulierung der Bildung von Proteinclustern ist somit ein funktionelles Handwerkszeug der Natur. Neben der räumlichen Nähe einzelner Proteine spielt die Anzahl der Proteine eines Clusters eine entscheidende Rolle. Üblicherweise handelt es sich hier um abzählbar viele Proteine. Grundsätzlich ist die kooperative Wechselwirkung zwischen Proteinen von entscheidender Bedeutung. Die Nanotechnologie kann in Form von nanostrukturierten und biofunktionalisierten Grenzflächen einen wichtigen Beitrag in der Zellbiologie liefern. Diese Technologie dient hierbei als ein „nanoskopisches Werkzeug“, um molekulare Wechselwirkungen zu regulieren und molekulare Längenskalen in Proteinclustern zu messen. mehr

Bioinspirierte Synthese keramischer Materialien

2005 Bill, Joachim; Aldinger, Fritz
Chemie Materialwissenschaften
Die Prozesse der Biomineralisation führten im Laufe der Evolution zu multifunktionellen Biomineralien, die prinzipiell anorganisch/organische Verbundmaterialien mit einem z. T. äußerst komplexen Aufbau darstellen. Dabei erfolgt die Bildung der anorganischen Anteile in wässriger Lösung bei Umgebungsbedingungen und wird durch biopolymere Template gesteuert. Die Nachahmung der dabei ablaufenden material- und strukturbildenden Prozesse und deren Übertragung auf technisch relevante Materialien ist Gegenstand der bioinspirierten Materialsynthese. Inzwischen wurden auf diese Weise erfolgreich dünne Schichten und Schichtverbundwerkstoffe aus Keramiken und Polymeren synthetisiert. Zudem konnten Strukturen generiert werden, die Vorbildern in der belebten Natur morphologisch ähnlich sind. mehr

Mikro- / Nanomechanik von biologischen Materialien und Systemen

2004 Arzt, Eduard; Gorb, Stanislav; Huber, Gerrit; Niederegger, Senta; Pfaff, Holger; Spolenak, Ralph; Vötsch, Walter
Materialwissenschaften
Biologische Systeme haben im Verlauf der Evolution interessante, noch weitgehend unverstandene mikro- und nanomechanische Lösungen entwickelt. Am Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart forschen Materialwissenschaftler und Biologen gemeinsam daran, wie sich mikromechanische Konzepte, Theorien und Methoden auf biologische Phänomene anwenden lassen. Gleichzeitig erwarten sich die Materialwissenschaftler aus dem Studium biologischer Prinzipien Anregungen für technische Problemlösungen. Wir untersuchen die Struktur und Funktion von biologischen Haft-, Reibungs- und Verklammerungssystemen auf Mikron- und Submikronskala. Der folgende Beitrag beschreibt unsere Forschungsergebnisse an haarigen und glatten Haftsystemen verschiedener Tierarten. Näher erläutert werden die Struktur, Biomechanik und Chemie sowie die mikromechanischen Messungen der Haftkräfte. Abschließend erläutern wir unsere Überlegungen dazu, wie sich die Theorien auf biologisch inspirierte Systeme übertragen lassen. mehr
Die meisten Materialien für technische Anwendungen sind polykristallin: Sie bestehen aus kleinen Kristalliten oder Körnern, die entlang von Korngrenzen aneinander stoßen. Diese flächenhaften Defekte (innere Grenzflächen) haben großen Einfluss auf viele, auch technisch relevante Materialeigenschaften. Es ist durch vielseitige Untersuchungen bewiesen, dass die makroskopischen Eigenschaften von Korngrenzen eindeutig mit ihrem mikroskopischen Aufbau zusammenhängen. Da für nanokristalline Materialien der Volumenanteil an Korngrenzen oft mehrere Prozent beträgt, kommt bei diesen neuartigen Materialien der Nanowelt den Korngrenzen ganz besonderes Gewicht zu. Im Folgenden sollen kurz die Ergebnisse von experimentellen und theoretischen Untersuchungen an Korngrenzen in α-Al2O3 (Korund) und an der Phasengrenze in Cu/α-Al2O3 berichtet werden. Für Korund erfolgten Untersuchungen an künstlich hergestellten Bikristallen. Bei diesen wurde sowohl die Grenzflächenebene als auch die Missorientierung zwischen den beiden aneinander stoßenden Kristallen vorher festgelegt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen können mit den Ergebnissen der theoretischen Analysen verglichen werden. Außerdem erfolgten Untersuchungen an "realen" Sinterkörpern aus polykristallinem α-Al2O3. Außerdem soll kurz auf die Ergebnisse der Untersuchungen zur Grenzfläche zwischen Cu und α-Al2O3 eingegangen werden. mehr
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